光耦隔离放大电路
光耦隔离放大电路
该电路对各路信号进行放大、校正,供a/d转换使用。我们采用线性光耦合放大电路。线性光耦合器件til300的输入输出之间能隔离3500v的峰值电压,可以有效地将测量通道与计算机系统隔离开来,使计算机系统避免测量通道部分较高电压的危害,对信号放大的线性度也很好。
多路输入和信号调理电路如图1所示。
图1中til300是光线光耦合器件,适合交流与直流信号的隔离放大,主要技术指标如下：
*带宽>200khz;
*传输增益稳定度为±0.05%/℃;
*峰值隔离电压为3 500v。
c104是0.1μf的独石电容,防止电路产生震荡。til300内部d0是发光二极管,其电流工作点if可选为10ma。d1、d2为光敏二极管,它们受d0的激发分别产生电流ip1和ip2,其大小与if有关：
ip1=k1·if
ip2=k2·if
其中k1·if、k2·if表明ip1,ip2随if的变化规律,可称为光耦合函数。由于d1、d2用相同的工艺作成并与d0封装在一起,因此,它们的光耦合函数的变化规律相当一致,故可设：
k=ip2/ip1=(k2·if)/(k1·if) （1）
实际上可以把k看作常数,k的值是til300的电气参数,典型值为1。参数取值范围为0.75～1.25。
u1构成一个负反馈放大器,其同相输入端和反相输入端的电压应近似相等,即满足式（2）：
vi≈ip1·r1 （2）
u3是一个射极跟随器,输入阻抗很高,输出电压vo等待输入端电压：
vo≈ip2·r2 (3)
于是高压隔离线性光耦合放大电路的增益可由式（4）计算：
vo/vi=(ip2/ip1)·(r2/r1)=k(r2/r1) (4)
由于被测量的蓄电池电压是由r3、r4、r5分压后输入u1同相端的,所以
vi=e·[r5/r3+r4+r5]] (5)
e是蓄电池的端电压,由此可得：
vo=k·(r2/r1)·[r5/(r3+r4+r5)·e (6)
式（6）表明vo与e是线性关系。
i+12v是个独立电源,用于u1和til300的输入部分;±12v也是个独立电源,用于u3和til300的输出部分。这两个电源的隔离对电路的高压隔离性能有很大影响,应选用电源变压器中两组彼此有良好绝缘的线圈来制作。
微型继电器输入端串接的50ω电阻是测量回路中的限流电阻、防止意外短路或绝缘不良产生过大电流烧毁器件或毁坏蓄电池。由于u1运算放大器的输入阻抗很高,50ω限流电阻对测量精度无影响。这些限流电阻应选择功率值大于1w的金属膜电阻。
调节电位器r4可以适应不同端电压的蓄电池。
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k=ip2/ip1=(k2·if)/(k1·if) （1）
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u1构成一个负反馈放大器,其同相输入端和反相输入端的电压应近似相等,即满足式（2）：
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vo≈ip2·r2 (3)
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vo/vi=(ip2/ip1)·(r2/r1)=k(r2/r1) (4)
由于被测量的蓄电池电压是由r3、r4、r5分压后输入u1同相端的,所以
vi=e·[r5/r3+r4+r5]] (5)
e是蓄电池的端电压,由此可得：
vo=k·(r2/r1)·[r5/(r3+r4+r5)·e (6)
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